Прочность бетона

Бетон.

Железобетонные конструкции.

Железобетон состоит из бетона и расположенного в нем стальных стержней, составляющих с бетоном монолитное целое и работающее с ним совместно.

Бетон обладает значительным сопротивлением сжимающим напряжениям и весьма малым сопротивлением растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше прочности на сжатие.

Сталь отлично работает на растяжение. Поэтому в железобетоне сжимающие напряжения воспринимаются бетоном, а растягивающие – стальной арматурой.

В изгибаемых железобетонных элементах рабочую арматуру размещают обычно в растянутой зоне в соответствии с эпюрой изгибающего момента.

Кроме экономичного преимущества железобетон обладает рядом важных технических преимуществ:

• исключительная долговечность благодаря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон;
• прочность бетона со временем не уменьшается, но может даже увеличиваться;
• сопротивление атмосферному воздействию;
• высокая огнестойкость;
• любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы;
• малые затраты времени на изготовление и монтаж.

Бетон – искусственный материал, полученный в результате затвердевания уплотненной смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и добавок.

Бетон должен обладать высокой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой и плотностью, которая обеспечивает сохранность арматуры от коррозии и долговечность конструкции.

Физико-химические свойства бетона зависят от состояния смеси, вида вяжущих и заполнителей, способов приготовления, условий твердения, возраста бетона и др.

Наиболее широкое применение в строительстве получили обычные тяжелые бетоны плотностью 2200-2500 кг/м³, приготовляемые на обычных плотных заполнителях.

В зависимости от объемной массы бетоны подразделяются на особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие. По виду вяжущего вещества цементные, силикатные, гипсовые, асфальтобетоновые, полимербетоновые и другие. По назначению различают обычные бетоны, гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, специального назначения (химическистойкие, жаростойкие, от ядерного излучения).

Основной показатель качества прочность при сжатии, по которому устанавливается марка бетона.

При осевом сжатии бетона возникают деформации в продольном и поперечном направлении.

При возрастании сжимающего напряжения от нуля до разрушающего напряжения можно отметить характерные структурные изменения бетона.

РИС.

Результаты испытаний бетонных образцов на сжатие зависят от их формы и размеров. При испытаниях необходимо учитывать влияние сил трения между подушками пресса и гранями образца. Силы трения направлены внутрь образца, препятствуя свободному развитию деформаций, и тем самым завышают реальное сопротивление бетона.

По мере удаления от торцов их влияние снижается – бетонный кубик при разрушении получает форму двух усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами.

При снижении сил трения на торцах бетонного образца характер разрушения изменяется, трещины становятся вертикально направленными, а полученные напряжения сопротивления кубика сжатию значительно снижаются.

По этой причине образцы призматической формы показывают меньшую прочность, чем кубические образцы при одинаковом размере поперечного сечения.

С увеличением отношения h/a прочность уменьшается, но при h/a≥4 становится постоянной.

Таким образом, в зависимости от влияния сил трения, разрушение происходит вследствие образования продольных трещин или по наклонным плоскостям от среза (сдвига).

На результаты испытаний бетона значительное влияние оказывает скорость нагружения образца. При быстром нагружении показатели прочности бетона могут возрасти до 10%.

Для практического использования удобно связать кубиковую прочность R (150х150х150 мм) и призменная прочность R_b (для призм h/a≥4).

R_b/R=0,77-0,001R

Призматическую прочность Rb используют при расчете на изгиб и сжатие бетона и железобетонных конструкций (балок, колонн, арок и т.п.).

Прочность бетона при осевом растяжении R_bt в 10-20 раз ниже, чем при сжатии.

Предел прочности бетона при растяжении связан с кубиковой прочностью R эмпирической зависимостью:

Деформация бетона под нагрузкой. Модуль упругости (деформаций) бетона.

При однократном нагружении бетонных образцов сжимающими нагрузками диаграммы напряжения – деформации () имеет криволинейный характер. В бетоне одновременно с упругими развиваются и неупругие деформации, обусловленные ползучестью, т.е. способностью деформироваться во времени при неизменной нагрузке.

1 – упругая деформация (α₀);

2 – секущая (α₁);

3 – касательная (α).

При “мгновенном” нагружении бетонного образца деформации следуют закону Гука. Отражением такого характера деформаций является прямая касательная к действительной диаграмме σ-ε в начале координат, а тангенс угла наклона этой касательной к оси абсцисс называется модулем упругости бетона.

Если образец нагружать ступенчато, то диаграмма σ_b-ε_b примет также ступенчатый вид. Наклонные линии будут отражать упругие деформации, а горизонтальные площадки – неупругие деформации, вызванные ползучестью бетона.

Тогда в любой момент нагружения общие деформации будут определяться суммой упругих и пластических деформаций

С уменьшением скорости нагружения υкривые все больше отклоняются от прямой линии, как это видно на диаграмме.

Особо следует подчеркнуть, что в процессе разгрузки зависимость σ-ε будет иметь практически прямолинейный характер, а на диаграмме это будет отражаться прямой параллельной касательной (α₀).

Развитие полных деформаций ε_b будет характеризоваться модулем деформаций E.

– средний модуль упругопластичности бетона, определяемый тангенсом угла наклона секущей кривой полных деформаций.

Коэффициент упругости бетона:

Коэффициент пластичности бетона:

С увеличением σ_b и продолжительностью действующей нагрузки ν уменьшается.

Модуль упругопластичности бетона:

При растяжении диаграмма деформирования бетона также криволинейная.

Модули упругости бетона принимаются одинаковыми при сжатии и растяжении.

где индекс t обозначает растяжение.

Величина E_b с увеличением прочности бетона возрастает.

Для обычного бетона средняя величина E_b≈27000-39000 МПа, т.е. в 5-8 раз меньше модуля упругости стали.

Коэффициент Пуассона с увеличением напряжений возрастает, его первоначальное значение μ=0,2.

Модуль сдвига бетона:

Классы и марки бетона.

Свойства бетона изменяются в широких пределах, поэтому показатель прочности задают с определенной надежностью.

Класс бетона по прочности на сжатие (В) – устанавливают по результатам испытаний бетонныхкубиков с ребром 15 см после 8 суточного хранения при температуре 202^оC и относительной влажности среды не ниже 95%.

Для бетона и железобетонных конструкций из обычного тяжелого бетона предусматриваются следующие классы по прочности на сжатие B: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20 …В60.

Классы бетона по прочности на растяжение B_t устанавливаются: B_t0,8; B_t1,2; B_t1,6; B_t2; B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2.

Марка бетона соответствует средней плотности бетона в высушенном состоянии, кг/м³ .

Легкие бетоны Д800-Д2000 (через 100).

Облегченные Д2000-Д2200.

Тяжелые >Д2200.

Также различают марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости.

Дата добавления: 2014-01-07